CN107215398A - 平面全自由度越障履带底盘 - Google Patents

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周圣皓
李璐
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Abstract

本发明公开了一种平面全自由度越障履带底盘，包括设置在底盘两侧的两组主动轮、与各主动轮成对设置的副主动轮，主动轮与副主动轮之间设置履带；各主动轮分别通过转轴与底盘连接，转轴连接设置于底盘内的电机，副主动轮的轴心处设置有驱动电机；在主动轮与副主动轮之间还设置有伸缩机构，该伸缩机构控制履带张紧或放松。本发明的一种平面全自由度越障履带底盘，灵活性好，适应多种地形，可搭载设备多种，可救灾探索排爆外太空设备的搭载平台，能够在各种特殊行业发挥作用。

Description

平面全自由度越障履带底盘
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体是一种平面全自由度越障履带底盘。
背景技术
目前履带式结构在复杂地形，山地林地，外太空，救灾救援，农用及建筑大功率机械等多个领域广泛使用。普通履带机器人/车一般具备原地自转，普通轮式车辆的转弯前行后退等功能，在复杂地形、复杂任务场合发挥着巨大的作用。但一般的履带机器人/ 车并不具备全自由度360°平移和翻越较大型障碍的能力。目前尚无履带机器人/车实现该项功能，实现该功能的机器人/车多用以麦克纳姆轮实现，无法实现越障，在复杂地形，泥泞山地等复杂地形亦难以使用。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种平面全自由度越障履带底盘。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种平面全自由度越障履带底盘，包括设置在底盘两侧的两组主动轮、与各主动轮成对设置的副主动轮，主动轮与副主动轮之间设置履带；各主动轮分别通过转轴与底盘连接，转轴连接设置于底盘内的电机，副主动轮的轴心处设置有驱动电机；在主动轮与副主动轮之间还设置有伸缩机构，该伸缩机构控制履带张紧或放松。
其中，伸缩机构包括设置于主动轮上的电机、通过该电机驱动的丝杆，丝杆的另一端连接设置在副主动轮上的轴套。
其中，在底盘内设置有多个电动推杆，各电动推杆分别对应一个副主动轮，当副主动轮转动到与电动推杆轴同轴位置时，电动推杆伸出，插入设置在副主动轮中心的孔中。
其中，底盘两侧各设置两组电动推杆，每组电动推杆包括上下依次设置的两个电动推杆，各电动推杆分别对应副主动轮所在的两个不同位置。
其中，履带包括多个收尾相接的链子单元、分别设置在各链子单元外部的滚子，各滚子通过安装架与链子单元连接。
其中，各滚子为斜向设置，底盘两侧的履带滚子对称设置。
有益效果：本发明的一种平面全自由度越障履带底盘，具有以下有益效果：
此结构以独立四履带作为陆地行走模块，能搭载各种设备，完成实时图像传输，GPS 定位，自动返航等个性化功能，并且能根据不同的路况和实际需要改变姿态。普通模式下相同侧履带转速相同，可实现普通履带车的全部功能；平移模式下从动轮被抬离地面，由于采用的是特殊的斜纹履带，合理放置后，可实现全平面360°平移，在危机的情况下，减少转向的步骤，大大提高了响应速度，并且可以在狭小的位置使用，当转弯受限时，能正常工作；越障模式，履带采取可翻转模式，在越障模式下，履带前翻，可大大提高履带车爬坡倾角，并对于小型机器人，可以采取该模式翻越阶梯石块等，更适合地震救灾等复杂地形。该设计灵活性好，适应多种地形，可搭载设备多种，可救灾探索排爆外太空设备的搭载平台，有望在各种特殊行业发挥作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为履带结构示意图；
图3为滚子结构示意图；
图4为底盘侧部显示电动推杆的结构示意图；
图5为底盘内部设置电动推杆局部剖视示意图；
图6为普通模式示意图；
图7为紧急模式示意图；
图8为越障模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1-5所示，本发明包括底盘1，在底盘1两个设置四条履带2，各条履带2分别安装在主动轮3和副主动轮4上，各主动轮3通过设置在底盘1内的电机驱动，副主动轮4通过设置在其轴心的驱动电机驱动；单条履带2的主动轮3和副主动轮4转速相同，并通过丝杠-轴套系统连接主动轮3和副主动轮4，具体为，在主动轮3转轴端设置电机，电机驱动一丝杆5，丝杆5连接设置在副主动轮4轴上的轴套。在底盘1内设置有多个电动推杆6，各电动推杆6分别对应一个副主动轮4，当副主动轮4转动到与电动推杆6轴同轴位置时，电动推杆6伸出，插入设置在副主动轮4中心的孔中。具体地，底盘1两侧各设置两组电动推杆，每组电动推杆包括上下依次设置的两个电动推杆6，各电动推杆6分别对应副主动轮4所在的两个不同位置。
如图2-图3所示，履带2包括多个收尾相接的链子单元7、分别设置在各链子单元 7外部的滚子8，各滚子8通过安装架9与链子单元7连接。各滚子8为斜向设置。采用斜向履带2，滚子8采用橡胶材质。在履带2进动时，地面对底部摩擦橡胶滚子产生一个斜向的力，当橡胶滚子和地面为线/点接触时，斜向力不会因履带2自身的结构抵消成为内力，而已作用于动力，故抬起内侧副主动轮4，使其为点/线接触，通过合理调节转速，可实现平面全自由度平移。在本发明中，位于底盘1同侧的两条履带2的滚子8倾斜方向相反，位于底盘1另一侧的两条履带2与本侧的两条履带2为对称设置。
单侧两条履带2转速相同，转动速度相同，每一侧斜向力抵消，可将其视为普通履带2，实现原地旋转，转弯，移动等基础功能。通过多条履带2之间的配合，可实现平面全自由度平移等动作。在履带2设计中，主动轮3和副主动轮4之间加入可调丝杠系统，其余负重轮等需根据车型具体尺寸设计，保证履带2变位后的可用性。当接收变位指令后，履带2抱死，丝杠将履带2张紧，在履带2主动轮3的转矩下，将履带2抬起，并到达位置后，固定装置弹出，将其固定。
由于该底盘的移动需要四履带2协同配合工作，纯机械方式难以控制其移动，必须加入相应的电控设备，在小型验证平台上可使用单片机作为控制器。
具体地，本发明在使用时，具有三种模式：
1、如图6所示，普通模式，副主动轮4被位于下方的电动推杆6锁定位置，同侧履带2转速相同，可实现普通履带2车的全部功能。
2、如图7所示，紧急模式，即平移模式，副主动轮4被抬离地面，并由位于上方的电动推杆6锁定位置，由于采用的是特殊的斜纹履带2，合理放置后，可实现全平面 360°平移，在危机的情况下，减少转向的步骤，大大提高了响应速度，并且可以在狭小的位置使用，当转弯受限时，能正常工作。
2、如图8所示，越障模式，履带2采取可翻转模式，在越障模式下，履带2前翻，可大大提高履带2车爬坡倾角，并对于小型机器人，可以采取该模式翻越阶梯石块等，更适合地震救灾等复杂地形。爬坡越障模式时，越障方向(前向或后向)履带2进一步翻转前倾，搭上大型岩石、山地，在尺寸设计合理时，底盘1(除履带2)不直接接触地面，位于前方的履带2搭上障碍物，后方履带2仍在地面，前后履带2均正常工作，中心仍在前后履带2之间，保持平稳，由于履带2均不空转，在输出力矩足够时，可以轻易翻越障碍。适合在复杂地形使用。
本发明能搭载各种设备，完成实时图像传输，GPS定位，自动返航等个性化功能，并且能根据不同的路况和实际需要改变姿态。灵活性好，适应多种地形，可搭载设备多种，可救灾探索排爆外太空设备的搭载平台，有望在各种特殊行业发挥作用。由于其前后轮受力两两正交，根据笛卡尔坐标系理论，其四轮足够合成任意方向的力，而每条履带2受力大小正比于该履带2的转速。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种平面全自由度越障履带底盘，其特征在于：包括设置在底盘两侧的两组主动轮、与各主动轮成对设置的副主动轮，主动轮与副主动轮之间设置履带；各主动轮分别通过转轴与底盘连接，转轴连接设置于底盘内的电机，副主动轮的轴心处设置有驱动电机；在主动轮与副主动轮之间还设置有伸缩机构，该伸缩机构控制履带张紧或放松。
2.根据权利要求1所述的一种平面全自由度越障履带底盘，其特征在于：其中，伸缩机构包括设置于主动轮上的电机、通过该电机驱动的丝杆，丝杆的另一端连接设置在副主动轮上的轴套。
3.根据权利要求1所述的一种平面全自由度越障履带底盘，其特征在于：其中，在底盘内设置有多个电动推杆，各电动推杆分别对应一个副主动轮，当副主动轮转动到与电动推杆轴同轴位置时，电动推杆伸出，插入设置在副主动轮中心的孔中。
4.根据权利要求3所述的一种平面全自由度越障履带底盘，其特征在于：其中，底盘两侧各设置两组电动推杆，每组电动推杆包括上下依次设置的两个电动推杆，各电动推杆分别对应副主动轮所在的两个不同位置。
5.根据权利要求1所述的一种平面全自由度越障履带底盘，其特征在于：其中，履带包括多个收尾相接的链子单元、分别设置在各链子单元外部的滚子，各滚子通过安装架与链子单元连接。
6.根据权利要求4所述的一种平面全自由度越障履带底盘，其特征在于：其中，各滚子为斜向设置，底盘两侧的履带滚子对称设置。
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